(57)【要約】      （修正有）【課題】ロボットアーム・ハンドの操作制御において、操作者Ｍ側に装着するセンサー２０・２１等の機器を極力少なくし、違和感をなくし、かつアーム１０の各関節角度算出計算を簡便にする方法を実現する。そして、ロボットアーム・ハンド０１のスムースな制御および衝突回避制御を実現する。【解決手段】以下の４手段を用いる。（１）操作者Ｍの前腕手首側に３次元位置方向センサー２１を１個装着（２）このセンサーデータから、まずロボットアーム１０の肘の位置を算出（３）この肘の位置およびセンサーデータから他のすべての関節角度を求めるこれにより、装着センサは１個のみとなり、かつアームの各関節角度算出も大幅に単純化され厳密解を求めることができる。  また、ロボットアーム・ハンドのスムースな制御、およびロボットアーム・ハンドの衝突回避制御を実現するために、（４）３次元幾何モデルを用いる。【選択図】図１
2005046931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットアーム及びロボットハンドの操作のために少なくとも一部を操作者に装備させてなるアーム・ハンド操作部と、前記アーム・ハンド操作部に接続され前記ロボットアーム及び前記ロボットハンドの制御を行うための所定処理を行うアーム・ハンド制御処理部とを具備するロボットアーム・ハンド操作制御システムにおいて、前記ロボットアーム及び前記ロボットハンドの操作制御を行う方法であって、
前記アーム・ハンド操作部を構成し且つ操作者の前腕の所定位置に装着した３次元位置方向センサーを用いて、操作者の前腕の所定位置の３次元位置と方向とを検出する検出ステップと、
前記検出ステップで検知した３次元位置データと方向データとに基づき、まずロボットアームの肘の３次元位置を示す３次元位置データを算出する肘位置算出ステップと、
前記肘位置算出ステップで算出した３次元位置データおよび前記検出ステップで検知した３次元位置データと方向データから、ロボットアームの各関節の角度を算出する角度算出ステップとを有するロボットアーム・ハンド操作制御方法。
【請求項２】
前記ロボットアームと前記ロボットハンドをモデリングした幾何モデル及び、前記角度算出ステップで算出されたロボットアームの各関節の角度情報から、その時点におけるロボットアーム・ハンドの形態を幾何モデルで再現する再現ステップと、前記再現ステップで再現した幾何モデルを用いてロボットアーム・ハンドのマス・プロパティおよび干渉チェック演算を行う演算ステップと、前記演算ステップで得た演算結果に基づき、ロボットアーム・ハンドを制御する制御ステップとを有する請求項１記載のロボットアーム・ハンド操作制御方法。
【請求項３】
前記所定位置が、操作者の前腕の手首側であることを特徴とする請求項１又は２記載のロボットアーム・ハンド操作制御方法。
【請求項４】
ロボットアーム及びロボットハンドの操作のために少なくとも一部を操作者に装備させてなるアーム・ハンド操作部と、前記アーム・ハンド操作部に接続され前記ロボットアーム及び前記ロボットハンドの制御を行うための所定処理を行うアーム・ハンド制御処理部とを具備するロボットアーム・ハンド操作制御システムであって、
前記アーム・ハンド操作部を構成し且つ操作者の前腕の所定位置に装着した３次元位置方向センサーを用いて、操作者の前腕の所定位置の３次元位置と方向とを検出する検出手段と、
前記検出手段で検知した３次元位置データと方向データとに基づき、まずロボットアームの肘の３次元位置を示す３次元位置データを算出する肘位置算出手段と、
前記肘位置算出手段で算出した３次元位置データおよび前記検出手段で検知した３次元位置データと方向データから、ロボットアームの各関節の角度を算出する角度算出手段とを備えたロボットアーム・ハンド操作制御システム。
【請求項５】
前記ロボットアームと前記ロボットハンドをモデリングした幾何モデル及び、前記角度算出手段で算出されたロボットアームの各関節の角度情報から、その時点におけるロボットアーム・ハンドの形態を幾何モデルで再現する再現手段と、前記再現手段で再現した幾何モデルを用いてロボットアーム・ハンドのマス・プロパティおよび干渉チェック演算を行う演算手段と、前記演算手段で得た演算結果に基づきロボットアーム・ハンドを制御する制御手段を備えたことを特徴とする請求項４記載のロボットアーム・ハンド操作制御システム。
【請求項６】
前記所定位置が、操作者の前腕の手首側であることを特徴とする請求項４又は５記載のロボットアーム・ハンド操作制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボットアームおよびハンドの操作制御の方法およびそのシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のロボットアーム・ハンドの制御方法は、図７に示すように、主に以下の３つの方式が提案されている。
▲１▼マスターアーム方式
図７（ｂ）に示すように、制御されるスレーブアームＳＡと同じ軸構成等を持つマスターアーム２５を操作する側に用意する。そして、マスターアーム２５の関節角度等を直接検出し、この各関節角度データをスレーブアームＳＡに送ることにより、スレーブアームＳＡを制御する。これにより、スレーブアームＳＡは、マスターアーム２５の動きを忠実に再現する（例えば、非特許文献１参照。）。
▲２▼モーションキャプチャー方式
図７（ｃ）に示すように、操作者Ｍの腕と手の主要部（各関節）にセンサーを装着し、操作者Ｍの腕と手の関節の動きを検出する。すなわち、複数（多数）の３次元位置方向センサー２６を用いて、操作者Ｍの腕と手の動きを精度よく検出する（例えば、非特許文献２参照。）。
▲３▼逆変換方式
図７（ｄ）に示すように、操作者Ｍの手の甲等に付けた３次元位置方向センサー２６（１カ所のみ）により３次元位置と方向等を検出し、このデータを用いて、アーム各関節の角度を求める（逆変換を行う）（例えば、非特許文献３参照。）。
【０００３】
【非特許文献１】
人間型ロボットで産業車両の運転ができる可搬性遠隔操作システムを開発、［ｏｎｌｉｎｅ］、平成１４年３月１８日、川崎重工業株式会社、［平成１５年７月２８日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｋｈｉ．ｃｏ．ｊｐ／ｋｈｉ＿ｎｅｗｓ／２００２ｄａｔａ／ｃ３０２０３１８−１．ｈｔｍ＞
【非特許文献２】
新方式！！リアルタイムモーションキャプチャーシステム、［ｏｎｌｉｎｅ］、平成１３年９月１７日、日商エレクトロニクス株式会社デバイス＆テクノロジー営業統括部３Ｄシステムグループ、［平成１５年７月２８日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｉｓｓｈｏ−ｅｌｅ．ｃｏ．ｊｐ／３ｄ／ＭｏｔｉｏｎＣａｐｔｕｒｅ／Ｒｅａｃｔｏｒ．ｈｔｍ＞
【非特許文献３】
計測自動制御学会編著、「生体とロボットにおける運動制御」、計測自動制御学会、１９９７年４月
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、▲１▼のマスターアーム方式では、操作者側にマスターアームが必要である。すなわち、制御されるスレーブアームとあわせて、２本のアームが必要であり、システムが重装備になる。▲２▼のモーションキャプチャー方式では、操作者の腕と手の複数箇所にセンサー装着する必要があり、操作者にとって煩わしいものとなる。
【０００５】
一方、▲３▼の逆変換方式では、操作者は手の甲等に、片腕に対して１個のセンサーのみを装着するだけである。従って、▲１▼および▲２▼と比べると、操作者にとって煩わしさがなく、装着感が少ない方式である。
【０００６】
しかし、手の位置と方向データから各関節角度を求める逆変換が必要となる。
人の腕のような高い自由度（６自由度以上）を持つ軸構成における各関節角度を求める逆変換は、非線形の連立方程式となり複雑な計算となる。また、厳密解を求めることは不可能であり、かつ解も複数解が存在し一意に決まらない。
【０００７】
そこで、従来法では、この非線形連立方程式逆変換を、いろいろな工夫をして近似的に解いている。そのために、演算時間がかかり、また近似解のために制御精度が低下していた。
【０００８】
そこで、本発明では、▲３▼の逆変換方式と同様に、装着するセンサーは１個で済み、かつ逆変換が非線形連立方程式とならない、単純かつ少ない演算量で済み厳密解が求まる方式を提案する。これにより、ロボットアーム・ハンドの高速かつスムースな制御を実現する。さらに、本発明では、両腕ロボットアーム・ハンドの形態に追随した動的な制御および衝突回避制御を実現する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、
（１）操作者の前腕の手首側に３次元位置方向センサーを１個装着する、
（２）このセンサーデータから、まずアームの肘の位置を算出する、
（３）この肘の位置およびセンサーデータから他のすべての関節角度を求める、
の３つの手段を用いる。これにより、操作者は前腕（の所定位置たる手首側）に１個のセンサーを装着するだけで済み、かつ逆変換も非線形連立方程式とはならず、大幅に簡略化され厳密解を求めることができる。
【００１０】
また、ロボットアーム・ハンドのスムースな制御、およびロボットアーム・ハンドの衝突回避制御を実現するために、
（４）３次元幾何モデルを用いる。
【００１１】
すなわち、ロボットハンドとロボットアームを幾何モデリングし、この３次元幾何モデルを用いて、このマス・プロパティ（慣性モーメント等）を求める。そして、このマス・プロパティデータを利用して、ロボットアーム・ハンドの制御パラメータ等を動的に変化させて最適な制御を行う。これにより、アームおよびハンドをよりスムースに高速に動作させることが可能となる。
【００１２】
また、この３次元幾何モデルを用いて、アームおよびハンドの干渉チェック（干渉演算）を行い、衝突部位等を算出する。この干渉チェックデータ（衝突データ）を用いて、ロボットアーム・ハンドの衝突回避制御を行う。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図を参照しながら説明する。
【００１４】
本発明のロボットアーム・ハンド操作制御システムＣＳは、アーム・ハンド部０１、アーム・ハンド操作部０２（以下、操作部０２と称する。）、アーム・ハンド制御処理部０３（以下、制御処理部０３と称する。）から構成される。
【００１５】
操作者Ｍは、アーム・ハンド部０１に設置された３次元カメラ１３が撮影した画像を３次元ディスプレイ２２において見ながら、手に装着した３次元操作グローブ（以下、３次元グローブと称する。）２０を用いて、ロボットアーム・ハンド１を操作する。このロボットアーム・ハンド１は、操作者Ｍの腕と手の動きを忠実に再現する。
【００１６】
なお、アーム・ハンド部０１−操作部０２−制御処理部０３間において、各種データの送受信を行い得るようにしているが、この各種データの送受信は、図１に示すように有線方式で行うものであってもよいし、あるいは、無線方式で行うものであってもよい。
【００１７】
以下、各サブシステムに関して説明する。
（Ａ）  アーム・ハンド部
アーム・ハンド部０１は、ロボットアーム・ハンド１、胴体１２、そして３次元カメラ（ステレオカメラ）１３から構成される。
【００１８】
さらに、前記ロボットアーム・ハンド１は、人の腕と同程度の大きさと自由度を待つ一対のロボットアーム１０Ｌ、１０Ｒと、前記ロボットアーム１０Ｌ、１０Ｒ（以下、ロボットアーム１０と総称する。）の先端部に設けられ且つ人の手と同程度の大きさと自由度をもつ触覚付きのロボットハンドたる５本指ハンド１１Ｌ、１１Ｒ（以下、５本指ハンド１１と総称する。）とを備えてなる。なお、本実施形態では、ロボットアーム１０を人の腕に模倣させ、５本指ハンド１１を人の手指に模倣させているが、例えば、５本指ハンド１１の指の数を増減させるなど、ロボットアーム１０及び５本指ハンド１１の態様は、適宜変更可能である。
【００１９】
５本指ハンド１１には触覚センサー（図示せず）を設けており、物をつかんだ時の触覚（圧力）が操作部０２の３次元グローブ２０に伝えられる。また、本実施形態では、３次元カメラ１３が撮影した画像は操作部０２の３次元ディスプレイ２２に表示されるようにしている。なお、撮影した前記画像は、前記３次元ディスプレイ２２に替えて、操作者Ｍに装着させたヘッドマウントディスプレイに表示させるなど、表示方法は、本実施形態に限られるものではない。
【００２０】
このように、アーム・ハンド部０１は、人の上半身（頭部を除く）と同程度の大きさと自由度を持ち、両腕と両手の機能を実現している。
（Ｂ）操作部
操作部０２は、３次元グローブ２０、３次元位置方向センサー２１、そして３次元ディスプレイ２２から構成される。
【００２１】
本システムでは、操作者Ｍが３次元グローブ２０を用いて、ロボットアーム・ハンド１を操作する。３次元グローブ２０は操作者Ｍの手の甲および指の動き（関節角度）を検出する。この指の関節角度データは制御処理部０３へ送られる。また、３次元グローブ２０には、フォースフィードバックシステムが付加されている。すなわち、５本指ハンド１１に装着された触覚センサーのデータに基づいて触覚圧力（反力）を再現する。
【００２２】
また、所定位置たる前腕の手首側には、３次元位置方向センサー２１を設けている。この３次元グローブ２０および３次元位置方向センサー２１により得られたデータはすべて制御処理部０３へ送られる。
【００２３】
本発明の特徴はこのように、操作者Ｍは、片腕・片手に対して１つの３次元グローブ２０と１個の３次元位置方向センサー２１とを装着するだけで、ロボットアーム・ハンド１を遠隔操作できることにある。
【００２４】
（Ｃ）制御処理部
制御処理部０３は、制御装置３０および幾何シミュレータ装置３１から構成される。
【００２５】
まず、制御装置３０について説明する。
【００２６】
制御装置３０は、一般的な情報処理機能を具備したもので、図２に示すように、ＣＰＵ１０１、内部メモリ１０２、ＨＤＤ等の外部記憶装置１０３、マウスやキーボードなどの入力手段１０４、ＣＲＴや液晶ディスプレイなどの表示手段１０５、前記アーム・ハンド部０１及び前記操作部０２と前記幾何シミュレータ装置３１と通信するための通信手段１０６等を主な構成要素とする。
【００２７】
そして本実施形態では、この制御装置３０は、その内部メモリ１０２等に記憶させたプログラムにしたがって前記ＣＰＵ１０１や周辺機器を作動し、図３に示すように、検出手段３０ａ、肘位置算出手段３０ｂ、角度算出手段３０ｃ、制御手段３０ｅ、第１送受信手段３０ｄなどとしての機能を発揮するようにしている。
【００２８】
以下、各部を詳述する。
【００２９】
検出手段３０ａは、操作者Ｍの前腕の手首側に装着した３次元位置方向センサー２１を用いて、その操作者Ｍの前腕の手首側の３次元位置と方向とを検出するものである。
【００３０】
肘位置算出手段３０ｂは、前記検出手段３０ａで検知した３次元位置データと方向データとに基づき、まずロボットアームの肘の３次元位置を示す３次元位置データを算出するものである。
【００３１】
角度算出手段３０ｃは、前記肘位置算出手段３０ｂで算出した３次元位置データおよび前記検出手段３０ａで検知した３次元位置データと方向データから、ロボットアーム１０の各関節の角度を算出するものである。
【００３２】
なお、ロボットアーム１０の場合は、操作者Ｍの前腕の手首側に装着した３次元位置方向センサー２１からその位置と方向データが得られるだけである。そこで、操作者Ｍのこの手首の位置と方向データから、ロボットアーム１０の各関節の角度を計算する必要がある。この計算を「逆変換」と呼ぶ。一方、ロボットアーム１０の各関節角度からロボットアーム１０の先端の位置および方向を計算することを「順変換」と呼ぶ。
【００３３】
従来技術では、手の甲等に３次元位置方向センサーを装着している。そこで、人の腕のように高い自由度（６自由度以上）を持つ場合は、逆変換が必要不可欠となる。そして、高い自由度のアームの逆変換は、通常非線形連立方程式となり、厳密解を求めることが不可能な場合が多い。また、解が求まったとしても複数解が存在し、一意に決まらない場合が普通である。さらに、解が不定となる特異点が存在する。
【００３４】
本発明では、前腕の手首側に３次元位置方向センサー２１を装着すること、および逆変換の計算方式を根本から見直すことにより、この課題を解決し、逆変換計算を大幅に簡略化・単純化している。
【００３５】
ここで、本発明の実施例におけるロボットアーム１０Ｒの軸関節構成を図４に示す。ロボットアーム１０Ｒの上腕の長さをｅ１、前腕の長さをｅ２とする。そして、グローバル座標系の原点をロボットアーム１０Ｒの右肩（第１関節）に、グローバル座標系のＸ座標軸を胴体の正面方向に床と平行に、グローバル座標系のＹ座標軸を右肩から左肩方向に、グローバル座標系のＺ座標軸を床から天井への垂直方向にとる。
【００３６】
前腕の手首側に装着した３次元位置方向センサー２１が示すグローバル座標に対する変換行列をＨ０Ｓとすると下式（数１）のように表現することができる。
【００３７】
【数１】
2005046931.tif 000003
【００３８】
ここで、図５に示すように、３次元位置方向センサー２１の位置はＰＳ（ｘＳ、ｙＳ、ｚＳ）、Ｘ軸方向の単位ベクトルはｄｘｓ（ｕｘｓ、ｖｘｓ、ｗｘｓ）、Ｙ軸方向の単位ベクトルはｄｙｓ（ｕｙｓ、ｖｙｓ、ｗｙｓ）、Ｚ軸方向の単位ベクトルはｄｚｓ（ｕｚｓ、ｖｚｓ、ｗｚｓ）となる。これらの値はすべて３次元位置方向センサー２１から取得され既知である。
【００３９】
また、Ｈ０Ｓのこれらの各要素は、ロボットアーム１０Ｒの軸の長さと各関節角度を用いて、下式（数２）のように表現される。
【００４０】
【数２】
2005046931.tif 000004
【００４１】
ここで、Ｃｎ＝ｃｏｓ（θｎ）、Ｓｎ＝ｓｉｎ（θｎ）
以上から、ロボットアーム１０Ｒの第４関節（肘）の位置Ｐ４（ｘ４、ｙ４、ｚ４）は、下式（数３）により求めることができる。
【００４２】
【数３】
2005046931.tif 000005
【００４３】
また、第４関節のグローバル座標に関する変換行列Ｈ０４は下式（数４）となる。
【００４４】
【数４】
2005046931.tif 000006
【００４５】
そこで、式（数３）と式（数４）より、式（数５）が成り立つ。すなわち、ロボットアーム１０Ｒの肘の位置Ｐ４から、ロボットアーム１０Ｒの肩の２つの関節角度θ１、θ２を下式（数５）により求めることができる。
【００４６】
【数５】
2005046931.tif 000007
【００４７】
これを解くと下式（数６）となる。
【００４８】
【数６】
2005046931.tif 000008
【００４９】
肩の位置（グローバル座標原点）、ロボットアーム１０Ｒの肘の位置Ｐ４、およびロボットアーム１０Ｒの前腕の手首側（アームの先端）の位置（３次元位置方向センサー２１の位置）Ｐ５が形成する３角形に、余弦定理を適用することにより下式（数７）が成立する。
【００５０】
【数７】
2005046931.tif 000009
【００５１】
よって、第４関節角度θ４は下式（数８）により求めることができる。
【００５２】
【数８】
2005046931.tif 000010
【００５３】
以上により、θ１、θ２、θ４が求まった。これらの値を式（数２）に代入することにより、式（数９）のように表現することができる。すなわち、第３関節の角度θ３は、下式（数９）により求めることができる。
【００５４】
【数９】
2005046931.tif 000011
【００５５】
従って、θ３は下式（数１０）となる。
【００５６】
【数１０】
2005046931.tif 000012
【００５７】
また、式（数２）は下式（数１１）のように変形できる。
【００５８】
【数１１】
2005046931.tif 000013
【００５９】
これまでに求められたθ１、θ２、θ３、θ４を、式（数１１）に代入すると、下式（数１２）のように表現することができる。
【００６０】
【数１２】
2005046931.tif 000014
【００６１】
式（数１２）を解くことにより、θ５は下式（数１３）となる。
【００６２】
【数１３】
2005046931.tif 000015
【００６３】
最後に、手首の角度θ６は、３次元グローブ２０により直接取得することができる。以上が、本発明における「逆変換方式」である。
【００６４】
第１送受信手段３０ｄは、幾何シミュレータ装置３１と所定データの送受信を行うものであって、前記通信手段１０６等を利用して構成している。
【００６５】
制御手段３０ｅは、前記第１送受信手段で受信する後述する幾何シミュレータ装置３１の演算手段３１ｄで得た演算結果に基づきロボットアーム・ハンド１を制御するものである。
【００６６】
次に、幾何シミュレータ装置３１について説明する。
【００６７】
幾何シミュレータ装置３１は、一般的な情報処理機能を具備したもので、図６に示すように、ＣＰＵ２０１、内部メモリ２０２、ＨＤＤ等の外部記憶装置２０３、マウスやキーボードなどの入力手段２０４、ＣＲＴや液晶ディスプレイなどの表示手段２０５、前記制御装置３０と通信するための通信手段２０６等を主な構成要素とする。
【００６８】
そして本実施形態では、この幾何シミュレータ装置３１は、その内部メモリ２０２等に記憶させたプログラムにしたがって前記ＣＰＵ２０１や周辺機器を作動し、図３に示すように、第２送受信手段３１ａ、幾何モデル格納手段３１ｂ、再現手段３１ｃ、演算手段３１ｄなどとしての機能を発揮するようにしている。
【００６９】
以下、各部を詳述する。
【００７０】
第２送受信手段３１ａは、制御装置３０と所定データの送受信を行うものであって、前記通信手段２０６などを利用して構成している。
【００７１】
前記幾何モデル格納手段３１ｂは、前記ロボットアーム１０と前記ロボットハンド１１をモデリングした幾何モデルを格納するものであって、前記内部メモリ２０２や前記外部記憶装置２０３の所定領域に形成してなる。
【００７２】
再現手段３１ｃは、前記幾何モデル格納手段３１ｂに格納している幾何モデル及び、前記第２送受信手段３１ａで受信したロボットアーム１０の各関節の角度情報から、その時点におけるロボットアーム・ハンド１の形態を幾何モデルで再現するものである。
【００７３】
演算手段３１ｄは、再現手段３１ｃで再現した幾何モデルを用いてロボットアーム・ハンド１のマス・プロパティ（慣性モーメント等）および干渉チェック演算を行うものである。
【００７４】
次に、本実施形態のロボットアーム・ハンド操作制御システムＣＳの動作について説明する。
【００７５】
制御装置３０では、手に装着した３次元グローブ２０、および前腕の手首側に装着した３次元位置方向センサー２１からの情報を検出すると（検出ステップ）、この情報をもとに、まず、ロボットアーム１０の肘の３次元位置を示す３次元位置データを算出する（肘位置算出ステップ）。そして、肘位置算出ステップで求めた肘の３次元位置を示す３次元位置データと検出ステップで検出した３次元位置データと方向データとから、ロボットアーム１０および５本指ハンド１１の各関節角度を算出する（角度算出ステップ）。５本指ハンド１１に関しては、手に装着した３次元グローブ２０が手の甲の曲がり（手首の）角度および指の関節角度を検出する。これらの角度データは幾何シミュレータ装置３１へ送られる。
【００７６】
次に、幾何シミュレータ装置３１では、制御装置３０において逆変換により算出されたロボットアーム１０各関節の角度データ、および５本指ハンド１１の指の角度データから、その時点におけるロボットアーム・ハンド１の形態を幾何モデルで再現する（再現ステップ）。そして、マス・プロパティ（慣性モーメント等）をリアルタイムで算出し（演算ステップ）、制御装置３０へ送る。
【００７７】
制御装置３０では、このマス・プロパティデータを利用して、制御パラメータ等を動的に変化させて最適な制御を行う（制御ステップ）。これにより、ロボットアーム１０および５本指ハンド１１をよりスムースに高速に動作させることが可能となる。
【００７８】
また、幾何シミュレータ装置３１は、ロボットアーム１０およびハンドの干渉チェック（干渉演算）を行う（演算ステップ）。すなわち、ロボットアーム１０Ｌとロボットアーム１０Ｒ、ロボットアーム１０と５本指ハンド１１、そして５本指ハンド１１Ｌと５本指ハンド１１Ｒとの干渉チェックを行い、衝突部位等を算出する。
【００７９】
この干渉チェック結果データ（衝突データ）も演算結果として、制御装置３０に送られる。そして、演算結果が衝突することを示す場合は、制御装置３０において、ロボットアーム・ハンド１の動作停止等の衝突回避制御が行われる（制御ステップ）。
【００８０】
この幾何モデリング処理において、特許第３０１８１５１「３次元図形データの演算処理方法及びその装置」を適用することにより、干渉チェック（形状演算）をより高効率・高速かつ高信頼に実行することができる。ロボット制御ではリアルタイムでの（高速な）干渉チェック演算が要求されるので、この点は大変重要である。
【００８１】
以上に詳述したように、本実施形態のロボットアーム・ハンド操作制御システムＣＳでは、操作者Ｍは、片腕・片手に対して１つの３次元グローブ２０と１個の３次元位置方向センサー２１を前腕の手首側に装着するだけで済むので、操作者にとって煩わしさがなく、装着感が少ないものとすることができる。
【００８２】
また、３次元位置方向センサー２１で検知するデータから、まずロボットアーム１０の肘の位置を算出する。これにより、逆変換計算が大幅に簡略化・単純化される。すなわち、厳密解を演算量の少ない簡単な式により求めることができ、解が一意に決まる。従って、逆変換演算が大幅に高速化・高精度化され、ロボットアーム・ハンド１の制御をより高速かつスムースにすることができる。
【００８３】
さらに、幾何シミュレーションにより、ロボットアーム１０および５本指ハンド１１の動的な形態制御および衝突回避制御を実現している。これにより、ロボットアーム１０および５本指ハンド１１が衝突することがなくなり、衝突による損失を回避することができる。
【００８４】
なお、この幾何モデリング処理において、特許第３０１８１５１「３次元図形データの演算処理方法及びその装置」を適用すれば、干渉チェック（形状演算）をより高効率・高速かつ高信頼に実行することもできる。
【００８５】
なお、本実施形態では、制御装置３０と幾何シミュレータ装置３１とを物理的に別体に構成しているが、これらを一体的に構成してもよい。また、３次元ディスプレイ２２を、前記制御装置３０または幾何シミュレータ装置３１に備えた表示手段１０５または２０５と兼用するように構成しても構わない。
【００８６】
なお、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【００８７】
【発明の効果】
以上に詳述した本発明によれば、以下の効果を得られる。
（１）操作者Ｍは、片腕・片手に対して１つの３次元グローブと１個の３次元位置方向センサーを前腕の手首側に装着するだけで済む。装着感・違和感の少ない方式を実現できる。
（２）このセンサーデータから、まずロボットアームの肘の位置を算出する。これにより、逆変換計算が大幅に簡略化・単純化される。すなわち、厳密解を演算量の少ない簡単な式により求めることができ、解が一意に決まる。従って、逆変換演算が大幅に高速化・高精度化され、ロボットアーム・ハンド制御がより高速かつスムースとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における全体システム構成図。
【図２】本発明の実施形態における制御装置の機器構成図。
【図３】本発明の実施形態における制御装置および幾何シミュレータ装置の機能構成図。
【図４】同実施形態における右アームの関節・軸構成図。
【図５】同実施形態における右アーム座標説明図。
【図６】本発明の実施形態における幾何シミュレータ装置の機器構成図。
【図７】従来技術の説明図。
【符号の説明】
０２・・・アーム・ハンド操作部（操作部）
０３・・・アーム・ハンド制御処理部（制御処理部）
１０（１０Ｌ、１０Ｒ）・・・ロボットアーム
１１（１１Ｌ、１１Ｒ）・・・ロボットハンド（５本指ハンド）
２１・・・３次元位置方向センサー
３０ａ・・・検出手段
３０ｂ・・・肘位置算出手段
３０ｃ・・・角度算出手段
３０ｅ・・・制御手段
ＣＳ・・・ロボットアーム・ハンド操作制御システム
Ｍ・・・操作者
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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